s时的速度和加速度分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:一质点自原点开始沿抛物线=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))运动,它在=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))轴上的分速度为一恒量,其值为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),求质点位于=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))处的速度和加速度。题解:因vx = =dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))为一常数,故ax = 0。当t = 0时,x = 0,由=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))积分可得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)) (1)又由质点的抛物线方程,有=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)) (2)由y方向的运动方程可得该方向的速度和加速度分量分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)) (3)=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)) (4)当质点位于x = m时,由上述各式可得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:质点在Oxy平面内运动,其运动方程为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。求:(1)质点的轨迹方程;(2)在=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))到=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时间内的平均速度;(2)=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时的速度及切向和法向加速度。题解:(1)由参数方程=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))消去t得质点的轨迹方程=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(2)在=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))s到=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))s时间内的平均速度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(3)质点在任意时刻的速度和加速度分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))则t1 = s时的速度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))切向和法向加速度分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:质点的运动方程为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))和=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),试求:(1)初速度的大小和方向;(2)加速度的大小和方向。题解:(1)速度分量式为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))当t = 0时,vx= 10=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),vy = 15=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),则初速度大小为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))设v与x轴的夹角为,则=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(2)加速度的分量式为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))则加速度的大小为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))设a与x轴的夹角为,则=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:一质点具有恒定加速度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),在=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时,其速度为零,位置矢量=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。求:(1)在任意时刻的速度和位置矢量;(2)质点在=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))平面上的轨迹方程,并画出轨迹的示意图。题解:由加速度定义式,根据初始条件t0 = 0时v0 = 0,积分可得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))又由=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))及初始条件t = 0时,r = (10 m)i,积分可得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))由上述结果可得质点运动方程的分量式,即=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))消去参数t,可得运动的轨迹方程=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))这是一个直线方程,直线斜率=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。轨迹如图所示。题:飞机以=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))的速度沿水平直线飞行,在离地面高为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时,驾驶员要把物品投到前方某一地面目标处。问:(1)此时目标在飞机下方前多远(2)投放物品时,驾驶员看目标的视线和水平线成何角度(3)物品投出=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))后,它的法向加速度和切向加速度各为多少?题解:(1)取如图所示的坐标,物品下落时在水平和竖直方向的运动方程分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))飞机水平飞行速度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),飞机离地面的高度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))m,由上述两式可得目标在飞机正下方前的距离=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(2)视线和水平线的夹角为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(3)在任意时刻物品的速度与水平轴的夹角为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))取自然坐标,物品在抛出2 s时,重力加速度的切向分量与法向分量分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:一足球运动员在正对球门前=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))处以=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))的初速率罚任意球,已知球门高为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。若要在垂直于球门的竖直平面内将足球直接踢进球门,问他应在与地面成什么角度的范围内踢出足球(足球可视为质点)题解:取图示坐标系Oxy,由运动方程=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))消去t得轨迹方程=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))以x = m,v = =dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))及 y 0代入后,可解得º ºº º如何理解上述角度得范围?在初速度一定的条件下,球击中球门底线或球门上缘都将对应有两个不同的投射倾角(如图所示)。如果以或<踢出足球,都将因射程不足而不能直接射入球门;由于球门高度的限制,角也并非能取与之间的任何值。当倾角取值为 < < 时,踢出的足球将越过门缘而离去,这时也球不能射入球门。因此可取的角度范围只能是解中的结果。题:设从某一点=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))以同样的速率,沿着同一竖直面内各个不同方向同时抛出几个物体。试证:在任意时刻,这几个物体总是散落在某个圆周上。题证:取物体抛出点为坐标原点,建立如图所示的坐标系。物体运动的参数方程为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))消去式中参数,得任意时刻的轨迹方程为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))这是一个以=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))为圆心、vt为半径的圆方程(如图所示),它代表着所有物体在任意时刻t的位置。题:一质点在半径为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))的圆周上以恒定的速率运动,质点由位置=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))运动到位置=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))和=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))所对的圆心角为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。(1)试证位置=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))和=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))之间的平均加速度为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1));(2)当=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))分别等于=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))、=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))、=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))和=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时,平均加速度各为多少?并对结果加以讨论。=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题解:(1)由图可看到=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),故=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))而=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))所以=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(2)将=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))分别代入上式,得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))上述结果表明:当=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时,匀速率圆周运动的平均加速度趋于一极限值,该值即为法向加速度=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。题:一质点沿半径为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))的圆周按规律=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))运动,=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))、=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))都是常量。(1)求=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时刻的总加速度;(2)=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))为何值时总加速度在数值上等于=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(3)当加速度达到=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))时,质点已沿圆周运行了多少圈?题解:(1)质点作圆周运动的速率为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))其加速度的切向分量和法向分量分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))故加速度的大小为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))其方向与切线之间的夹角为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(2)要使=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))由=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))可得=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))(3)从t = 0开始到t = v/b时,质点经过的路程为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))因此质点运行的圈数为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))题:碟盘是一张表面覆盖一层信息记录物质的塑性圆片。若碟盘可读部分的内外半径分别为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))和=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))。在回放时,碟盘被以恒定的线速度由内向外沿螺旋扫描线(阿基米德螺线)进行扫描。(1)若开始时读写碟盘的角速度为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),则读完时的角速度为多少(2)若螺旋线的间距为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),求扫描线的总长度和回放时间。题分析:阿基米德螺线是一等速的螺旋线,在极坐标下,它的参数方程可表示为=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1)),式中r为极径,r为初始极径,为极角,a为常量。它的图线是等间距的,当间距为d时,常量a = d/2。因此,扫描线的总长度可通过积分=dfrac (dy)(dt)=Rtdfrac (2pi )(T)cos dfrac (2pi )(T)ti+ndfrac (2pi )(T)sin dfrac (2pi )(T)t} =(0.3pi rmcdot (s)^-1). πm·s^(-1))得到。
s时的速度和加速度分别为


题:一质点自原点开始沿抛物线
运动,它在
轴上的分速度为一恒量,其值为
,求质点位于
处的速度和加速度。
题解:因vx =
为一常数,故ax = 0。当t = 0时,x = 0,由
积分可得
(1)
又由质点的抛物线方程,有
(2)
由y方向的运动方程可得该方向的速度和加速度分量分别为
(3)
(4)
当质点位于x = m时,由上述各式可得


题:质点在Oxy平面内运动,其运动方程为
。求:(1)质点的轨迹方程;(2)在
到
时间内的平均速度;(2)
时的速度及切向和法向加速度。
题解:(1)由参数方程

消去t得质点的轨迹方程

(2)在
s到
s时间内的平均速度

(3)质点在任意时刻的速度和加速度分别为


则t1 = s时的速度

切向和法向加速度分别为


题:质点的运动方程为
和
,试求:(1)初速度的大小和方向;(2)加速度的大小和方向。
题解:(1)速度分量式为


当t = 0时,vx= 10
,vy = 15
,则初速度大小为

设v与x轴的夹角为,则


(2)加速度的分量式为

则加速度的大小为

设a与x轴的夹角为,则


题:一质点具有恒定加速度
,在
时,其速度为零,位置矢量
。求:(1)在任意时刻的速度和位置矢量;(2)质点在
平面上的轨迹方程,并画出轨迹的示意图。
题解:由加速度定义式,根据初始条件t0 = 0时v0 = 0,积分可得


又由
及初始条件t = 0时,r = (10 m)i,积分可得


由上述结果可得质点运动方程的分量式,即


消去参数t,可得运动的轨迹方程

这是一个直线方程,直线斜率
,
。轨迹如图所示。
题:飞机以
的速度沿水平直线飞行,在离地面高为
时,驾驶员要把物品投到前方某一地面目标处。问:(1)此时目标在飞机下方前多远(2)投放物品时,驾驶员看目标的视线和水平线成何角度(3)物品投出
后,它的法向加速度和切向加速度各为多少?
题解:(1)取如图所示的坐标,物品下落时在水平和竖直方向的运动方程分别为


飞机水平飞行速度
,飞机离地面的高度
m,由上述两式可得目标在飞机正下方前的距离

(2)视线和水平线的夹角为

(3)在任意时刻物品的速度与水平轴的夹角为

取自然坐标,物品在抛出2 s时,重力加速度的切向分量与法向分量分别为


题:一足球运动员在正对球门前
处以
的初速率罚任意球,已知球门高为
。若要在垂直于球门的竖直平面内将足球直接踢进球门,问他应在与地面成什么角度的范围内踢出足球(足球可视为质点)
题解:取图示坐标系Oxy,由运动方程

消去t得轨迹方程

以x = m,v =
及 y 0代入后,可解得
º º
º º
如何理解上述角度得范围?
在初速度一定的条件下,球击中球门底线或球门上缘都将对应有两个不同的投射倾角(如图所示)。如果以或<踢出足球,都将因射程不足而不能直接射入球门;由于球门高度的限制,角也并非能取与之间的任何值。当倾角取值为 < < 时,踢出的足球将越过门缘而离去,这时也球不能射入球门。因此可取的角度范围只能是解中的结果。
题:设从某一点
以同样的速率,沿着同一竖直面内各个不同方向同时抛出几个物体。试证:在任意时刻,这几个物体总是散落在某个圆周上。
题证:取物体抛出点为坐标原点,建立如图所示的坐标系。物体运动的参数方程为


消去式中参数,得任意时刻的轨迹方程为

这是一个以
为圆心、vt为半径的圆方程(如图所示),它代表着所有物体在任意时刻t的位置。
题:一质点在半径为
的圆周上以恒定的速率运动,质点由位置
运动到位置
,
和
所对的圆心角为
。
(1)试证位置
和
之间的平均加速度为
;
(2)当
分别等于
、
、
和
时,平均加速度各为多少?并对结果加以讨论。
题解:(1)由图可看到
,故

而

所以
(2)将
分别代入上式,得

上述结果表明:当
时,匀速率圆周运动的平均加速度趋于一极限值,该值即为法向加速度
。
题:一质点沿半径为
的圆周按规律
运动,
、
都是常量。(1)求
时刻的总加速度;(2)
为何值时总加速度在数值上等于
(3)当加速度达到
时,质点已沿圆周运行了多少圈?
题解:(1)质点作圆周运动的速率为

其加速度的切向分量和法向分量分别为

故加速度的大小为

其方向与切线之间的夹角为

(2)要使
由
可得

(3)从t = 0开始到t = v/b时,质点经过的路程为

因此质点运行的圈数为

题:碟盘是一张表面覆盖一层信息记录物质的塑性圆片。若碟盘可读部分的内外半径分别为
和
。在回放时,碟盘被以恒定的线速度由内向外沿螺旋扫描线(阿基米德螺线)进行扫描。(1)若开始时读写碟盘的角速度为
,则读完时的角速度为多少(2)若螺旋线的间距为
,求扫描线的总长度和回放时间。
题分析:阿基米德螺线是一等速的螺旋线,在极坐标下,它的参数方程可表示为
,式中r为极径,r为初始极径,为极角,a为常量。它的图线是等间距的,当间距为d时,常量a = d/2。因此,扫描线的总长度可通过积分
得到。
题目解答
答案
解:由于线速度恒定,则由
,可得
,故碟盘读完时的角速度为

在可读范围内,螺旋线转过的极角
,故扫描线的总长度为

碟盘回放的时间为

本题在求扫描线的总长度时,也可采用平均周长的计算方法,即

题:地面上垂直竖立一高
的旗杆,已知正午时分太阳在旗杆的正上方,求在下午2时正,杆顶在地面上的影子的速度的大小。在何时刻杆影将伸展至长
题解:设太阳光线对地转动的角速度为,从正午时分开始计时,则杆的影长为s = htgt,下午2时整,杆顶在地面上影子的速度大小为

当杆长等于影长时,即s = h,则

即为下午3时整。
题:一半径为
的飞轮在启动时的短时间内,其角速度与时间的平方成正比。在
时测得轮缘一点速度值为
。求:(1)该轮在
的角速度,轮缘一点的切向加速度和总加速度;(2)该点在
内所转过的角度。
题解:因
,由题意
得比例系数

所以 
则t= s时的角速度、角加速度和切向加速度分别为



总加速度


在 s内该点转过的角度

题:一质点在半径为
的圆周上运动,其角位置为
。(1)求在
时质点的法向加速度和切向加速度。(2)当切向加速度的大小恰等于总加速度大小的一半时,
值为多少(3)
为多少时,法向加速度和切向加速度的值相等?
题解: (1)由于
,则角速度
,在t = 2 s时,法向加速度和切向加速度的数值分别为


(2)当
时,有
,即

此时刻的角位置为
(3)要使
,则有


题:一无风的下雨天,一列火车以
的速度匀速前进,在车内的旅客看见玻璃窗外的雨滴和垂线成角下降,求雨滴下落的速度。(设下降的雨滴作匀速运动)
题分析:这是一个相对运动的问题。设雨滴为研究对象,地面为静止参考系S,火车为动参考系S。v为S相对S的速度,v为雨滴相对S的速度,利用相对运动速度的关系即可解。
解:以地面为参考系,火车相对地面运动的速度为v1,雨滴相对地面竖直下落的速度为v2,旅客看到雨滴下落的速度v为相对速度,它们之间的关系为
,于是可得

题:设有一架飞机从
处向东飞到处,然后又向西飞回到处,飞机相对空气的速率为,而空气相对地面的速率为,、间的距离为,飞机相对空气的速率保持不变。(1)假定空气是静止的(即),试证来回飞机飞行时间为;
(2)假定空气的速度向东,试证来回飞行时间为
;
(3)假定空气的速度向北,试证来回飞行时间为。
题证:由相对速度的矢量关系
,有
(1)空气是静止的,即u = 0,则往返时,飞机相对地面的飞行速度v就等于相对空气的速度
,故飞行往返所需时间为

(2)按题意,当飞机向东时,风速与飞机相对与空气的速度同向;而飞机由东返回时,两者刚好反向。这时,飞机在往返飞行时,相对于地面的速度值分别为
和。因此,飞行往返所需时间为


(3)当空气速度向北时,飞机相对地面的飞行速度的大小由
可得为
,则飞机往返所需时间为

题:如图所示,一汽车在雨中沿直线行使,其速率为
,下落雨滴的速度方向偏于竖直方向之前角,速率为,若车后有一长方形物体,问车速为多大时,此物体正好不会被雨水淋湿?
题分析:这也是一个相对运动的问题。可视雨点为研究对象,地面为静参考系S,汽车为动参考系S。如图所示,要使物体不被淋湿,在车上观察雨点下落的方向(即雨点相对于汽车的运动速度v的方向)应满足
。再由相对速度的矢量关系
,即可求出所需车速v.

解:由,有

而要使
,则


题:一人能在静水中以
的速度划船前进,今欲横渡一宽为、水流速度为的大河。(1)他若要从出发点横渡该河而到达正对岸的一点,那么应如何确定划行方向到达正对岸需多少时间(2)如果希望用最短的时间过河,应如何确定划行方向船到达对岸的位置在什么地方
题解:(1)由
可知
,则船到达正对岸所需时间为

(2)由于
,在划速v一定的条件下,只有当时,v最大(即),此时,船过河时间,船到达距正对岸为l的下游处,且有

题:一质点相对观察者运动,在任意时刻,其位置为,质点运动的轨迹为抛物线。若另一观察者以速率沿轴正向相对于运动,试问质点相对的轨迹和加速度如何?
题解:取Oxy和Oxy分别为观察者O和观察者O所在的坐标系,且使Ox和Ox两轴平行。在t = 0时,两坐标原点重合。由坐标变换得

加速度
由此可见,动点相对于系O 是在y方向作匀变速直线运动。动点在两坐标系中加速度相同,这也正是伽利略变换的必然结果。